Linux下使用SOCKET編程接口實(shí)現(xiàn)C/S通信

董偉梁

摘要：套接字（SOCKET）的客戶(hù)端/服務(wù)器（c/s）的通信模型，是基于TCP/IP協(xié)議的一種通信方式。本文結(jié)合c/s模型和SOCKET工作原理，闡述了socket原理以及如何實(shí)現(xiàn)Linux系統(tǒng)下的面向連接的socket通信。

關(guān)鍵字：SOCKET C/S Linux TCP/IP

引言

網(wǎng)絡(luò)編程的特點(diǎn)就在于它從客戶(hù)端和服務(wù)器兩個(gè)方面出發(fā)，具有監(jiān)聽(tīng)、請(qǐng)求和連接三個(gè)過(guò)程。Linux與Unix十分相似，它不僅網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大，而且穩(wěn)定性高，很適合運(yùn)用到網(wǎng)絡(luò)編程通信之中。SOCKET作為一種編程接口，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用程序的聯(lián)系之中扮演者不可或缺的角色。

1 TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)

TCP/IP協(xié)議由網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議和運(yùn)輸層TCP協(xié)議構(gòu)成，是一種基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其中IP協(xié)議管理互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址，TCP協(xié)議管理數(shù)據(jù)的傳輸。TCP/IP協(xié)議下，應(yīng)用程序有兩種編程接口，傳輸層接口（TLI）和套接字接口（SOCKET）。現(xiàn)如今，SOCKET接口已經(jīng)成為普遍認(rèn)可的編程接口形式。

2 SOCKET通信原理與模型

SOCKET中文名稱(chēng)套接字，是一種為適應(yīng)TCP/IP程序開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)的一種接口形式。在一個(gè)具有兩端的通信進(jìn)程中，一個(gè)套接字只能描述其中一端，所以需要其他套接字來(lái)描述另一端。

SOCKET在用于網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，取其幾個(gè)本意中“插座”的意思。套接字就好比是固定電話(huà)機(jī)和電話(huà)線之間的插座，或者說(shuō)是接口。電話(huà)接口對(duì)應(yīng)著一個(gè)的電話(huà)號(hào)碼，當(dāng)乙使用電話(huà)機(jī)向甲尋求通話(huà)時(shí)，乙的電話(huà)機(jī)必須有一個(gè)確定的電話(huà)號(hào)碼，同時(shí)他也要知道甲的電話(huà)號(hào)碼。即至少在通信時(shí)雙方各擁有一個(gè)固定的SOCKET。這時(shí)如果甲處于空閑狀態(tài)，那么他可以選擇接聽(tīng)乙的來(lái)電，雙方之間的通話(huà)連接的得以建立。乙發(fā)出的信息是通過(guò)電話(huà)機(jī)處理后傳向甲的，同時(shí)他收到的信息也是經(jīng)過(guò)電話(huà)機(jī)接收和處理過(guò)的。整個(gè)過(guò)程總體如下：

（1）服務(wù)器和客戶(hù)端分別建立SOCKET接口。

（2）服務(wù)器處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。客戶(hù)端描述待連接服務(wù)器的SOCKET，發(fā)送連接請(qǐng)求。

（3）服務(wù)器作出相應(yīng)，并返回端口號(hào)與SOCKET地址。連接建立。

在電話(huà)通話(huà)時(shí)，還存在一種特殊情況。在通話(huà)連接建立之后，是丙而不是甲接聽(tīng)電話(huà)，那么乙就需要請(qǐng)求甲接聽(tīng)電話(huà)。為了能夠區(qū)分端口，每個(gè)SOCKET都會(huì)有一個(gè)由系統(tǒng)分配的唯一的端口號(hào)。在實(shí)際SOCKET通信時(shí)，服務(wù)器中有多個(gè)軟件進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程與一個(gè)端口相綁定后，系統(tǒng)就會(huì)把所要發(fā)給該進(jìn)程的信息通過(guò)端口號(hào)定位到相應(yīng)端口，再把信息準(zhǔn)確無(wú)誤地發(fā)給相應(yīng)進(jìn)程。

SOCKET是為客戶(hù)端/服務(wù)器模型（C/S）而開(kāi)發(fā)的。在這種模式下，客戶(hù)端的SOCKET并不是一定的，好比乙可以使用不同的終端來(lái)呼叫甲。然而服務(wù)器的SOCKET是固定的，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)客戶(hù)端來(lái)說(shuō)，它的SOCKET是已知的。

c/s模型是一種最基本的SOCKET模型，根據(jù)不同的發(fā)起方向，可以分為面向無(wú)連接形式和面向連接形式。UDP協(xié)議用于面向無(wú)連接的通信形式，該協(xié)議提供盡最大努力的服務(wù)，但卻不具有一定的可靠性，只能通過(guò)超時(shí)報(bào)錯(cuò)和重傳機(jī)制來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在網(wǎng)絡(luò)連接狀況良好時(shí)尚可，不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)惡劣的環(huán)境。而面向連接的通信采用TCP協(xié)議，它雖然相比UDP協(xié)議要耗費(fèi)更多的資源，但在一定程度上維持了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，比較能夠以適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸工作。

對(duì)于面向連接和面向無(wú)連接，套接字類(lèi)型與之相對(duì)應(yīng)分為以下兩種形式：

（1）流式套接字（SOCKSTREAM）。

提供面向連接的傳輸服務(wù)。傳輸過(guò)程穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，發(fā)生重復(fù)、丟失和損壞的坑能動(dòng)性低，可以通過(guò)流量控制來(lái)把控傳輸，數(shù)據(jù)流服務(wù)對(duì)象多為連接上的應(yīng)用。

（2）數(shù)據(jù)報(bào)套接口（SOCKDGARM）

提供面向無(wú)連接的傳輸服務(wù)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以獨(dú)立的形式被包裝成數(shù)據(jù)包發(fā)送，可靠性較低，發(fā)生傳輸錯(cuò)誤的概率較高。

3 Linux下的面向連接的SOCKET編程設(shè)計(jì)

面向連接的SOCKET即流式套接字，采用TCP協(xié)議。基本工作過(guò)程如圖1所示。

服務(wù)器： （1）使用socket（）創(chuàng)建流式套接字。（2）通過(guò)bind（）函數(shù)把相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)地址和套接字關(guān)聯(lián)起來(lái)。（3）使用listen（）來(lái)監(jiān)聽(tīng)發(fā)送到端口的請(qǐng)求。（4）用accept（）接受連接請(qǐng)求。無(wú)連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器進(jìn)程處于停滯狀態(tài)，繼續(xù)等待客戶(hù)端。（5）連接建立后，新的流式套接字便會(huì)生成，這個(gè)套接字會(huì)與客戶(hù)端套接字關(guān)聯(lián)，而原套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。此時(shí)可通過(guò)read（）和write（）函數(shù)與客戶(hù)端通信。（6）使用close（）可終止連接與服務(wù)。

客戶(hù)端：（1）使用socket（）創(chuàng)建流式套接字。（2）通過(guò)connect（）發(fā)送連接服務(wù)器請(qǐng)求。（3）連接建立后，可用read（）和write（）函數(shù)與服務(wù)器通信。（4）使用close（）可終止連接與服務(wù)。

服務(wù)器和客戶(hù)端程序編寫(xiě)完成后，使用Linux的程序編譯工具GCC和程序調(diào)試工具GDB分別對(duì)兩個(gè)程序進(jìn)行處理。處理完成后，在兩個(gè)終端內(nèi)分別運(yùn)行客戶(hù)端程序和服務(wù)器程序，先令服務(wù)器處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，之后客戶(hù)端發(fā)送文本數(shù)據(jù)，即可成功建立C/S連接。如圖2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

套接字作為一種主要的編程接口形式，掌握它的編寫(xiě)和使用十分重要。由于套接字基于c/s通信模型，編程時(shí)需要編寫(xiě)服務(wù)器和客戶(hù)端兩部分程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的可靠通信。

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